中国铣床的现状与展望论文.pdf

山西机电职业技术学院机械工程系 毕业论文 课题：中国铣床的现状与展望课题：中国铣床的现状与展望 专业：计算机辅助设计与制造 班级：计辅 0907 班 姓名：刘志辉 学号：29230133 指导教师：闫波、王鑫 实践单位：经纬纺织机械股份有限公司 1 摘摘要要 随着 1818 年第一台铣床的问世，铣床已经成为机械行业不可或缺的一部分。特别 是各种精密铣床、数控铣床更是国防、航空、汽车、造船、机床和工具制造等部门发展 品种、 推进技术改造的重要设备。 铣床拥有量已占机床总拥有量的 1/10 以上。 但在中国， 普通铣床还是占主体，数控铣床比重小而且技术不高，大多数依然需要进口。不断加强 技术创新是提高国产铣床水平的关键。 关键字：技术；数控铣床；发展状况；发展方向 2 目目 录录 摘要 1 关键字 1 第 1 章 铣床的概况 3 1.1 简介 3 1.2 发展历程 3 第 2 章 铣床的分类 3 2.1 按布局形式和使用范围加以区分 3 2.2 按结构分 4 2.3 按控制方式分 4 第 3章 中国铣床的现状 5 3.1 进口大幅度增加， 出口日趋减少 5 3.2 技术低于世界水平 5 3.3 数控化率低但增长快 5 3.4 国家扶持的支点偏离 6 第 4 章中国铣床的发展方向 7 4.1 高速化发展 7 4.2 高精度化发展 7 4.3 智能化发展 7 总结 7 参考文献 8 3 第第 1 章章 铣床的概况铣床的概况 1.1 铣床的简介铣床的简介 铣床是一种用途广泛的机床，在铣床上可以加工平面（水平面、垂直面） 、沟 槽（键槽、T 形槽、燕尾槽等） 、分齿零件（齿轮、花键轴、链轮、螺旋形表面（螺 纹、螺旋槽）及各种曲面。此外，还可用于对回转体表面、内孔加工及进行切断 工作等。铣床在工作时，工件装在工作台上或分度头等附件上，铣刀旋转为主运 动，辅以工作台或铣头的进给运动，工件即可获得所需的加工表面。由于是多刀 断续切削，因而铣床的生产率较高。简单来说，铣床就是用铣刀对工件进行铣削 加工的机床。 1.2 发展历程发展历程 铣床最早由美国人 E.惠特尼于 1818 年创造的卧式铣床。为了铣削麻花钻头的 螺旋槽，美国人 J.R.布朗于 1862 年创造了第一台万能铣床，是为升降台铣床的雏 形。1884 年前后出现了龙门铣床。20 世纪 20 年代出现了半自动铣床，工作台利 用挡块可完成“进给-快进”的自动转换。 1950 年以后，铣床在控制系统发面发展很快，数字控制的应用大大提高了铣 床的自动化程度。尤其是 70 年代后，微处理机的数字控制系统和自动换刀系统在 铣床上得到应用，扩大了铣床的加工范围，提高了加工精度与效率。 随着机械化进程不断加剧，数控编程开始广泛应用于机床类操作，极大的释 放了劳动力。数控编程铣床将逐步取代现在的人工操作。对员工的要求也会越来 越高，当然带来的效率也会越来越高。 第第 2 章章 铣床的分类铣床的分类 2.1 按布局形式和使用范围加以区分按布局形式和使用范围加以区分 1、升降台铣床：有万能式、卧式和立式等，主要用于加工中小型零件，应用最广。 2、龙门铣床：包括龙门铣镗床、龙门铣刨床和双柱铣床，均用于加工大型零件。 3、单柱铣床和单臂铣床前者的水平铣头可沿立柱导轨移动，工作台作纵向进给； 后者的立铣头可沿悬臂导轨水平移动，悬臂也可沿立柱导轨调整高度。两者均用于加工 大型零件。 4、工作台不升降铣床，是介于升降台铣床和龙门铣床之间的一种中等规格的铣床。 4 其垂直方向的运动由铣头在立柱上升降来完成。 5、仪表铣床：一种小型的升降台铣床，用于加工仪器仪表和其他小型零件。 6、工具铣床：用于模具和工具制造，配有立铣头、万能角度工作台和插头等 多种附件，还可进行钻削、镗削和插削等加工。 7、其他铣床：如键槽铣床、凸轮铣床、曲轴铣床、轧辊轴颈铣床和方钢锭铣 床等，是为加工相应的工件而制造的专用铣床。按控制方式，铣床又分为仿形铣 床（见仿形机床） 、程序控制铣床和数字控制铣床（见数字控制机床） 2.2 按结构分按结构分 1、台式铣床：小型的用于铣削仪器、仪表等小型零件的铣床。 2、悬臂式铣床：铣头装在悬臂上的铣床，床身水平布置，悬臂通常可沿床身 一侧立柱导轨作垂直移动，铣头沿悬臂导轨移动。 3、滑枕式铣床：主轴装在滑枕上的铣床，床身水平布置，滑枕可沿滑鞍导轨 作横向移动，滑鞍可沿立柱导轨作垂直移动。 4、龙门式铣床：床身水平布置，其两侧的立柱和连接梁构成门架的铣床。铣 头装在横梁和立柱上，可沿其导轨移动。通常横梁可沿立柱导轨垂向移动，工作 台可沿床身导轨纵向移动，用于大件加工 5、平面铣床：用于铣削平面和成型面的铣床，床身水平布置，通常工作台沿 床身导轨纵向移动，主轴可轴向移动。它结构简单，生产效率高。 6、仿形铣床：对工件进行仿形加工的铣床。一般用于加工复杂形状工件。 7、升降台铣床：具有可沿床身导轨垂直移动的升降台的铣床，通常安装在升 降台上的工作台和滑鞍可分别作纵向、横向移动。 8、摇臂铣床：摇臂装在床身顶部，铣头装在摇臂一端，摇臂可在水平面内回 转和移动，铣头能在摇臂的端面上回转一定角度的铣床。 9、床身式铣床：工作台不能升降，可沿床身导轨作纵向移动，铣头或立柱可 作垂直移动的铣床。 10、专用铣床：例如工具铣床：用于铣削工具模具的铣床，加工精度高，加 工形状复杂。 2.3 按控制方式分按控制方式分 铣床又可分为仿形铣床、程序控制铣床和数控铣床等。 5 第第 3 章章 中国铣床的现状中国铣床的现状 3.1 进口大幅度增加，出口日趋减少进口大幅度增加，出口日趋减少 随国民经济的持续发展，国内生产的各种铣床，尤其是数控铣床已经满足不 了各界用户的需求，需要大量进口。根据中国机床工具工业协会市场部提供的资 料表明，1998 年到 2001 年，各种铣床进口量由 4622 台增加到 6471 台，增幅达 40%,其中数控铣床进口量由 563 台增加到 2290 台，增幅高达 258%。 与进口的快速增长形成鲜明对照的是铣床的出口增长缓慢，特别是其中数控 铣床出口，2001 年比 1998 年在数量上下降了 56%，在金额上下降了 14%。 3.2 技术低于世界水平技术低于世界水平 中国铣床发展起步晚，1949 年中华人民共和国成立以后，中国的机械工业才 逐步从修配性质发展成为一个门类比较齐全、具有一定规模、技术水平和成套水 平不断提高的工业部门。与西方上百年的发展有不小的差距。 尽管我过铣床发展迅速，一些产品产量居世界第一位，然而，我国的制造业 在全球产业链中总体上处于下游和低端位置。什么原因呢？关键问题在于我们的 核心零部件受到外国限制，具有自主知识产权的产品比重小，缺乏国际竞争力。 只有在核心零部件的技术创新研发方面加大马力，才能突破外国的封锁，提高技 术。 业内认识认为，我国机械行业存在一个巨大的技术“黑洞” ，最突出的表现是 对外技术依存度高。曾几何时，企业的进口机械成了宣传的噱头。以至于不重视 自己的自己的创新，然人潜移默化中接受：只有外国进口的生产线和生产设备是 可靠的，是产品的保证。 3.3 数控化率低但增长快数控化率低但增长快 由于数控机床的增长速度明显快于普通机床的，数控机床在金属加工机床总 量中的比重逐年上升，我过机床的数控化逐年提高。机床的产量数控化率从 2001 年的 9.12%上升为 2009 年的 30%左右。虽然增长很快，但是基数大，数控化的普 及率还是不高，与发达国家 60%70%的水平存在很大差距。 专业人士支出，在中国机床行业整体高速增长的背后，仍然隐忧。从产品结 构来看，国产铣床行业的增长主要依靠低端普通机床的带动，高中档铣床所占比 6 例不断减少，重型铣床市场走势趋缓，因而目前行业的发展道路并不健康。 3.4 国家扶持的支点偏离国家扶持的支点偏离 业内人士普遍认为，技术黑洞的形成与国家的重视程度、投入密切相关。国 家在过失的二十多年来忽视了发展机械行业，在政策、资金等方面都出现了偏差。 产权激励制度是创新和研发产品的重要保障。国有企业对创新人才的产权激 励基本上没有实行。一方面创新成果的知识产权没有得到有效的保护，另一方面， 创新着的贡献没有得到产权确认。企业研发的技术和产品，要么被国家无偿拿走， 要么被其他的企业无偿抄袭。 第第 4 章章 中国铣床的发展方向中国铣床的发展方向 4.1 高速化发展高速化发展 主要包括主轴转速高速化、进给系统高速化和辅助动作高速化。通过这些高 速化发展，可以有效提高产量。 主轴高速化主要是为了进给高速化打下结实基础，为了实现高速化，除了考 虑主轴结构形式和冷却方式以外，更主要的是选用轴承和其润滑方式。 进给系统的高速化是指高切削进给和快速进给速度。切削进给速度一般提高 不多，因为它主要决定于可能的切削规范要求，而切削规范又由刀具、被切材料、 加工精度及表面粗糙度的要求等因素决定。快速进给大幅度提高的原因主要是为 了缩短非加工时间。 辅助动作主要是指换刀动作和托盘交换动作。换刀动作的高速化主要是改变 传统的一个动作由一个执行元件带动，各个动作按顺序进行，而采用一种凸轮控 制的机械手，凸轮上的槽控制机械手运动，只要凸轮槽形状相互配合好，就可以 使一些动作重叠在一起同时进行。 高速化的最终目的是高效化，应用高速加工技术达到缩短切削时间和辅助时 间，从而实现加工制造的高质量和高效率。 4.2 高精度化发展高精度化发展 通过机床结构设计优化、机床零部件的超精加工和精密装配、采用高精度的 全闭环控制及温度、震动等动态误差补偿技术，从而提高机床加工的几何精度、 运动精度，减少形位误差、表面粗糙度。 7 从精密加工发展的超精密加工，其精度从微米级到亚微米级，乃至纳米级， 更是世界各国各工业强国致力发展的方向。精密化是为了适应高新技术发展的需 要，也是为了提高普通机电产品的性能、质量和可靠性，减少其装配时的工作量 从而提高装配效率的需要。随着高新技术的发展和对机电产品性能与质量要求的 提高，机床用户对机床加工精度的要求也越来越高。 4.3 智能化发展智能化发展 智能化就是由各种测量元件对切削前后和切削中各种参数进行监测，并通过 CNC 判断自动对异常现象加以补偿和调整，保证加工顺利进行和确保零件质量， 减少停机时间，提高生产率。 数控机床智能化技术只要有： 1、自动抑制振动的功能。在高速加工过程中，机床容易出现振动，刀具也易 于磨损。该机能自动抑制振动，大大提高了加工精度。 2、自动测量和自动补偿功能。减少高速主轴、立柱、床身热变形的影响，试 机床加工精度大大提高。 3、自动防止刀具和工件碰撞的功能。大大减少突发事故，提高机床工作的可 靠性。 4、自动补充润滑油和抑制噪音的功能。大大改善工作条件。 5、数控系统具有特殊的人机对话功能。在编程时能在监测画面上显示出刀具 轨迹等，进一步提高了切削效率。 6、机床故障能进行远距离诊断。 智能化技术提升了数控机床的功能和品质，数控机床智能化的发展前景非常 广阔。它是世界制造技术进一步提高效率、自动化、智能化、网络化、集成化的 努力目标。也是在今天数字控制机床技术基础上向更高阶段发展的努力方向。 总总 结结 本文对中国铣床的现状做了一个总结，对存在的问题也提出了一些整改措施， 并对以后铣床的发展提供了一些方向。 数控机床的发展日新月异，高速化、高精度化、复合化、智能化、开放化、 并联驱动化、网络化、极端化、绿色化已成为现代数控机床发展的趋势和方向。 中国的数控产业不能安于现状，应该抓住机会不断发展，努力发展自己的先 8 进技术，加大技术创新与人才培养力度，提高企业综合服务能力，努力缩短与发 达国家之间的差距。力争早日实现数控机床产品从低端到高端、从初级产品加工 到高精尖产品制造的转变，实现从中国制造到中国创造，从制造大国到制造强国 的转变。 目前，无论是国外还是国内数控机床的质量问题或多或少都存在着，换言之， 数控机床的可靠性增长技术还有待进一步的研究，降低数控机床的故障率，在可 靠性摸底和故障分析的基础上进行多方面的有针对性的可靠性改进。在市场竞争 日趋激烈的今天，如何提高可靠性及可靠性的好坏是数控产业的关键所在。 参考文献参考文献 【1】韩鸿鸾主编.数控铣工加工中心操作M.机械工业出版社.2006 【2】王爱玲等.现代数控机床.北京：国防工业出版社.2003 【3】毕承恩等.现代数控机床（上、下册）.北京：机械工业出版社.1993 【4】梁训，王宣，周延佑.机床技术发展的新动向J.世界制造技术与装备市场.2001 【5】唐英.现代数控机床高速化发展的最新动向J.2007 【6】张道刘.数控机床发展现状与网络复合化前景探析J.中国新技术新产品.2009 【7】百度百科. /view/24996.htm 1 802D 数控系统 802D 是目前普及型数控机床的常用 CNC,与 802、802S 相比,其结构、性能有了较大的改 进与提高。 802D 可控制 4 个进给轴和一个数字或模拟主轴,CNC 各组成部件间利用 PROFIBUS 总 线 连 接 。802D 可 配 套 采 用 SIMODRIVE611Ue 驱 动 装 置 与 1FK7 系 列 伺 服 电 机 .基 于 WINDOWS 的调试软件可以便捷地设置驱动参数,并对驱动器的参数进行动态优化。802D 内 置集成 PLC,可对机床开关量进行逻辑控制。随机提供标准的 PLC 子程序库和实例程序。 802D 是基于 PROFIBUS 总线控制的 CNC,它主要由 PCU、PP7248、机床控制面板等部 分组成。PCU 单元为 802D 核心部分,通过 PROFIBUS 总线与 PP7248、伺服驱动装置等部件 连接,通过 COM1、手轮、键盘等插座可实现 PCU 与其它部件的连接和数据交换。输入输出 模块 PP7248 可提供 72 个数字输入和 48 个数字输出。每个模块具有三个独立的 50 芯插槽, 每个插槽内包含 24 个数字和 16 个数字输出,其输出的驱动能力为 0.25A,机床控制面板 MPC 用于机床操作方式的选择、主轴起停、轴移动方向选择、进给和主轴倍率修调等操作,机床控 制面板背后的两个 50 芯扁平电缆插座可通过扁平电缆与 PP7248 模块的插座连接,即机床控 制面板的所有按键输入信号与指示灯信号均使用 PP7248 模块的输入输出点。 与 802D 配套的交流驱动器SIMODRIVE 611Ue,是目前西门子公司常用的交流驱动产 品,一般带有 PROFIBUS DP 总接线口,可组成交流数字驱动系统,但根据需要,也可采用模拟量 输入的闭环调节器模块作为模拟伺服使用。在 SIMODRIVE 611Ue 系列驱动器中,主轴驱动与 进给伺服驱动的功率放大模块以及调节器模块的功能与结构完本文来自论文资源库 ，转载请保留此标记。 全相同,两者可以通用,因此使用非常灵活, 可以不再区分主轴和伺服驱动。 2 机床改造的具体方案 9 首先,对机床的机械部分进行大修,恢复机床的几何精度,由于该机床经过 30 多年的运行, 机械部分磨损变形,因此在数控改造时必须对机床机械部分进行大修,以确保数控系统运行对 机械部分的精度要求。 同时,对原机床的整体进行改造,将原机床工作台的进给蜗轮传动改为滚 珠丝杆副传动,采用南京工艺装备厂滚珠丝杆,将原工作台传动主电机改为西门子 1FK7 交流伺 服电机,将原